JP2012526282A

JP2012526282A - Thermocouple assembly with protected thermocouple junction

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Publication number: JP2012526282A
Application number: JP2012509857A
Authority: JP
Inventors: アグガーワル，ラビンダー・ケイ; ハロ，ロバート・シー
Original assignee: ASM America Inc
Current assignee: ASM America Inc
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2030-04-30
Also published as: JP5335992B2; WO2010129428A1; US9267850B2; US8382370B2; TWI489526B; US20130148693A1; TW201115627A; US20100282163A1

Abstract

温度測定を提供するための改善された熱電対アッセンブリが提供される。熱電対アッセンブリは、測定チップを有するシースと、シース内に収容される支持部材と、支持部材内に収容された第１線及び第２線とを含む。第１線及び第２線の各端部が互いに融合されてそれらの間に電熱対ジャンクションを形成する。凹部領域が支持部材の遠位端に形成され、電熱対ジャンクションが、凹部領域がシースの測定チップに対して実質的に固定された位置に電熱対ジャンクションを維持するように凹部領域のベースに固定的に配置される。
【選択図】図６ＡAn improved thermocouple assembly is provided for providing temperature measurements. The thermocouple assembly includes a sheath having a measurement tip, a support member accommodated in the sheath, and a first line and a second line accommodated in the support member. The ends of the first and second lines are fused together to form a thermocouple junction between them. A recessed area is formed at the distal end of the support member and the thermocouple junction is fixed to the base of the recessed area so that the recessed area maintains the electrocouple pair in a substantially fixed position relative to the measurement tip of the sheath Arranged.
[Selection] Figure 6A

Description

本発明は、温度測定デバイスに関し、より具体的には本発明は、半導体処理で使用する熱電対アッセンブリに関する。 The present invention relates to temperature measuring devices, and more particularly, the invention relates to thermocouple assemblies for use in semiconductor processing.

半導体処理チャンバは、基板の表面または表面上に様々な物質層を堆積するために使用される。処理チャンバは、低温処理、高温処理、またはその高温処理と低温処理の両方の組み合わせに使用されることができる。シリコンウェハなどの１つまたは複数の基板やワークは、処理チャンバ内のワーク支持体上に配置される。基板及びワーク支持体の双方は所望の温度に加熱される。典型的な化学蒸着（“ＣＶＤ”）処理ステップでは、反応ガスが各加熱された基板上を通過し、それによって、ＣＶＤ反応は、基板表面に反応ガスの反応物質の薄層を堆積する。また、処理は、原子層堆積（“ＡＬＤ”）、プラズマ拡大原子層堆積（“ＰＥＡＬＤ”）、減圧ＣＶＤ（“ＲＰＣＶＤ”）又は基板上に材料の薄層を堆積させるための他のプロセスを含む。その後の工程を経て、これらの層は、集積回路に作られ、基板の大きさ及び回路の複雑さに応じて数十から数千又は何百万もの統合されたデバイスに作られる。 Semiconductor processing chambers are used to deposit various material layers on or on the surface of a substrate. The processing chamber can be used for low temperature processing, high temperature processing, or a combination of both high temperature processing and low temperature processing. One or more substrates or workpieces such as silicon wafers are placed on a workpiece support in the processing chamber. Both the substrate and the workpiece support are heated to the desired temperature. In a typical chemical vapor deposition ("CVD") processing step, a reactive gas passes over each heated substrate, whereby the CVD reaction deposits a thin layer of reactive gas reactants on the substrate surface. Processing also includes atomic layer deposition (“ALD”), plasma enhanced atomic layer deposition (“PEALD”), low pressure CVD (“RPCVD”), or other processes for depositing a thin layer of material on a substrate. . Through subsequent steps, these layers are made into integrated circuits and into tens to thousands or even millions of integrated devices depending on the size of the substrate and the complexity of the circuit.

様々なプロセスパラメータは、得られた堆積層の高品質を確保するために慎重に制御する必要がある。そのような重要なパラメータは、各処理ステップ中の基板の温度である。ＣＶＤ中、例えば、成膜ガスが基板上に薄い層を堆積させるために特定の温度で反応する。温度は、基板の表面全体にわたって大きく変化する場合、堆積層は、不均一になるかあるいは完成した基板の表面に使用不能の領域につながる可能性の欠陥を有する。したがって、反応ガスが処理チャンバに導入されている間、基板温度が安定して均一であることが重要である。 Various process parameters need to be carefully controlled to ensure high quality of the resulting deposited layer. Such an important parameter is the temperature of the substrate during each processing step. During CVD, for example, the deposition gas reacts at a specific temperature to deposit a thin layer on the substrate. If the temperature varies greatly across the surface of the substrate, the deposited layer has defects that can become non-uniform or lead to unusable areas on the finished substrate surface. Therefore, it is important that the substrate temperature be stable and uniform while the reaction gas is introduced into the processing chamber.

同様に、他の熱処理中に基板全体の温度の不均一性や不安定性は、基板の表面上に生じる構造の均一性に影響を与える。温度制御が重要になる他の処理は、酸化、窒化、ドーパント拡散、スパッタ堆積、フォトリソグラフィー、ドライエッチング、プラズマプロセス、および高温アニールを含むがこれに限定しない。 Similarly, temperature non-uniformity or instability across the substrate during other heat treatments affects the structural uniformity that occurs on the surface of the substrate. Other processes where temperature control is important include, but are not limited to, oxidation, nitridation, dopant diffusion, sputter deposition, photolithography, dry etching, plasma processes, and high temperature annealing.

処理される基板近傍の又は処理される基板に直に隣接する様々な位置で温度を測定するための方法及びシステムが知られている。一般的に、熱電対は、処理される基板の近くの様々な場所に配置されており、これらの熱電対は、基板の表面全体にわたってより均一な温度を提供することを支援するためにコントローラに作動的に接続される。例えば、バンビルゼンに発行された米国特許第６１２１０６１は、基板を囲む様々なポイントで温度を測定する複数のセンサを開示し、基板の前端近くに、後縁近くに、基板の側面に隣接して、及びそれらの中央近くの基板の下方に配置された熱電対を含む。 Methods and systems are known for measuring temperature at various locations near or immediately adjacent to a substrate to be processed. In general, thermocouples are located at various locations near the substrate being processed, and these thermocouples provide a controller to assist in providing a more uniform temperature across the surface of the substrate. Operatively connected. For example, U.S. Pat.No. 6,212,061 issued to Van Bilzen discloses a plurality of sensors that measure temperature at various points surrounding a substrate, near the front edge of the substrate, near the trailing edge, adjacent to the side of the substrate, And thermocouples disposed below the substrate near their center.

半導体処理チャンバで使用されている熱電対は、通常、反応室内へ導入されるガス及び反応体からそれと共に配置された熱電対ワイヤを保護するための細長いシースを有する。また、熱電対は、通常、シースの長さを拡張し、それらがそれらの間に熱電対を形成するように異なる金属で形成された一対のワイヤを収容するように構成された支持部材を含む。より短い寿命は、スループット又は所定の時間にわたって処理されるワークの数が品質の重要な指標及びツール全体の所有コストである製造のより頻繁な休止時間を必要とするので、熱電対の寿命は、半導体処理ツールで重要である。したがって、熱電対は温度や圧力の周期的な変化に耐えることができることが重要である。短縮熱電対の寿命に関連する典型的な課題は、断線と一貫性のない温度測定を含む。熱電対の一貫性のない温度測定は、シースの測定チップに対するワイヤの接合（すなわち、熱電対の接点）の一貫性のない場所から生じる。ジャンクションの位置が変化すると、温度測定の精度と一貫性が減少する。熱電対で障害が発生したと考えられる場合の一例は、測定温度が正確でない場合、または測定から測定まで一貫性がないときである。反応チャンバは、その後、一時中止され、障害が発生した熱電対が取り除かれ、ツールの休止時間が収益性を低下させ、ツールの所有コストを増大する。従って、シースに対するジャンクションの移動を防止するためにジャンクションが配置されている一貫性のある位置を提供する熱電対の設計が必要である。 Thermocouples used in semiconductor processing chambers typically have an elongate sheath to protect the thermocouple wires placed therewith from gases and reactants introduced into the reaction chamber. Thermocouples also typically include a support member configured to extend the length of the sheath and accommodate a pair of wires formed of different metals so that they form a thermocouple between them. . The shorter lifetime requires more frequent downtime of production, where throughput or the number of workpieces processed over a given time is an important indicator of quality and the cost of ownership of the entire tool, so the lifetime of the thermocouple is Important in semiconductor processing tools. Therefore, it is important that the thermocouple can withstand periodic changes in temperature and pressure. Typical challenges associated with shortened thermocouple life include temperature measurements that are inconsistent with wire breaks. Thermocouple inconsistent temperature measurements result from inconsistent locations of wire bonding (ie, thermocouple contacts) to the sheath measurement tip. Changing the position of the junction reduces the accuracy and consistency of the temperature measurement. An example of when a thermocouple is considered to have failed is when the measured temperature is not accurate or when there is inconsistency from measurement to measurement. The reaction chamber is then suspended, the failed thermocouple is removed, tool downtime decreases profitability, and tool ownership costs increase. Therefore, there is a need for a thermocouple design that provides a consistent location where the junction is located to prevent movement of the junction relative to the sheath.

必要性は、ジャンクションとシースとの間の間隙が続いて生産される熱電対間で容易に繰り返し可能であるように容易に製造可能なシースの測定チップから離間されたガード付きジャンクションを含む温度検知熱電対のために存在する。本発明の一態様では、反応器内の温度を測定するための熱電対アッセンブリが提供される。熱電対アッセンブリは、シースの遠位端に配置された測定チップを有するシースを含む。また、熱電対アッセンブリは、支持部材を含む。支持部材の少なくとも一部分がシース内に収容される。第１線及び第２線が異なる金属で形成され、支持部材内に収容される。第１線及び第２線の各端部は互いに融合されてそれらの間に電熱対ジャンクションを形成する。凹部領域が支持部材の遠位端に形成され、支持部材の遠位端がシース内に収容される。電熱対ジャンクションは、凹部領域のベースに直に隣接して配置される。 What is needed is a temperature sensing that includes a guarded junction spaced from an easily manufacturable sheath measuring tip so that the gap between the junction and the sheath is easily repeatable between subsequently produced thermocouples. Present for thermocouples. In one aspect of the invention, a thermocouple assembly is provided for measuring the temperature in the reactor. The thermocouple assembly includes a sheath having a measurement tip disposed at the distal end of the sheath. The thermocouple assembly also includes a support member. At least a portion of the support member is housed within the sheath. The first line and the second line are formed of different metals and are accommodated in the support member. The ends of the first and second lines are fused together to form a thermocouple junction between them. A recessed region is formed at the distal end of the support member, and the distal end of the support member is received within the sheath. The electrothermal pair junction is placed directly adjacent to the base of the recessed area.

本発明の他の態様では、化学蒸着反応器内の温度を測定するための熱電対アッセンブリが提供される。熱電対アッセンブリは、細長い支持部材を含む。支持部材は、それと共に第１線及び第２線の少なくとも一部分を収容するように構成され、第１線及び第２線は異なる金属で形成される。また、熱電対アッセンブリは、測定チップを有する細長いシースを含む。シースは、支持部材の遠位端が測定チップでシースの内面と接するように支持部材を収容するように構成される。熱電対アッセンブリは、第１線及び第２線の各々の端部を融合することによって形成された電熱対ジャンクションを更に含む。凹部領域は、測定チップに隣接した支持部材の遠位端の中に形成され、電熱対ジャンクションは、シースの測定チップに対して実質的に固定された位置に維持される。 In another aspect of the invention, a thermocouple assembly is provided for measuring temperature in a chemical vapor deposition reactor. The thermocouple assembly includes an elongated support member. The support member is configured to receive at least a portion of the first line and the second line together with the support member, and the first line and the second line are formed of different metals. The thermocouple assembly also includes an elongated sheath having a measurement tip. The sheath is configured to receive the support member such that the distal end of the support member contacts the inner surface of the sheath at the measurement tip. The thermocouple assembly further includes a thermocouple junction formed by fusing the ends of each of the first and second wires. A recessed area is formed in the distal end of the support member adjacent to the measurement tip and the electrothermal junction is maintained in a substantially fixed position relative to the measurement tip of the sheath.

本発明のさらに他の態様では、半導体処理反応器で使用するための温度制御システムが提供される。温度制御システムは、反応器内に配置された少なくとも一つの熱要素を含む。また、温度制御システムは、少なくとも一つの熱要素に作動的に接続されたコントローラを含み、コントローラは、少なくとも一つの熱要素を制御するように構成される。さらに、温度制御システムは、反応器内に配置された少なくとも一つの温度センサを含み、温度センサは、コントローラに温度データを提供するためにコントローラに作動的に接続される。少なくとも一つの温度センサは、熱電対アッセンブリであり、熱電対アッセンブリは、シースの遠位端に配置された測定チップを有するシースを含む。また、熱電対アッセンブリは、支持部材を含み、支持部材の少なくとも一部分がシース内に収容される。また、熱電対アッセンブリは、異なる金属で形成された第１線及び第２線を含み、第１線及び第２線の一部分が支持部材内に収容される。第１線及び第２線の各端部が互いに融合されてそれらの間に電熱対ジャンクションを形成する。凹部領域は、支持部材の遠位端に形成され、支持部材の遠位端は、シースの測定チップと接する。電熱対ジャンクションは、シースの測定チップに対して実質的に固定された位置に配置される。 In yet another aspect of the invention, a temperature control system for use in a semiconductor processing reactor is provided. The temperature control system includes at least one thermal element disposed within the reactor. The temperature control system also includes a controller operatively connected to the at least one thermal element, the controller configured to control the at least one thermal element. In addition, the temperature control system includes at least one temperature sensor disposed within the reactor, the temperature sensor being operatively connected to the controller to provide temperature data to the controller. The at least one temperature sensor is a thermocouple assembly, the thermocouple assembly including a sheath having a measurement tip disposed at the distal end of the sheath. The thermocouple assembly also includes a support member, and at least a portion of the support member is housed within the sheath. The thermocouple assembly includes a first line and a second line formed of different metals, and a part of the first line and the second line is accommodated in the support member. The ends of the first and second lines are fused together to form a thermocouple junction between them. A recessed area is formed at the distal end of the support member, which contacts the measurement tip of the sheath. The electrothermal pair junction is disposed at a substantially fixed position with respect to the measurement tip of the sheath.

本発明の利点は、図示によって示され説明された本発明の実施形態の以下の説明から当業者に明らかになるであろう。実現されるように、本発明は、他の及び異なる実施形態が可能であり、その詳細は様々な点で変更が可能である。従って、図面及び説明は、本質的に例示し、制限的ではないとみなされる。 Advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following description of embodiments of the invention shown and described by way of illustration. As will be realized, the invention is capable of other and different embodiments, and its details are capable of modifications in various respects. Accordingly, the drawings and descriptions are to be regarded as illustrative in nature and not restrictive.

図１は、ＣＶＤ反応器の実施形態の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of a CVD reactor. 図２は、温度制御システムの実施形態の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an embodiment of a temperature control system. 図３は、熱電対アッセンブリの実施形態である。FIG. 3 is an embodiment of a thermocouple assembly. 図４は、一般に当該分野で公知の熱電対の接点の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of a thermocouple contact generally known in the art. 図５は、保護付き電熱対ジャンクションを有する熱電対アッセンブリの実施形態である。FIG. 5 is an embodiment of a thermocouple assembly having a protected thermocouple junction. 図６Ａは、保護付き電熱対ジャンクションの実施形態の拡大断面図である。FIG. 6A is an enlarged cross-sectional view of an embodiment of a protected electrothermal pair junction. 図６Ｂは、保護付き電熱対ジャンクションの他の実施形態の拡大断面図である。FIG. 6B is an enlarged cross-sectional view of another embodiment of a protected electrothermal pair junction. 図６Ｃは、保護付き電熱対ジャンクションの他の実施形態の拡大断面図である。FIG. 6C is an enlarged cross-sectional view of another embodiment of a protected electrothermal pair junction. 図６Ｄは、保護付き電熱対ジャンクションの更に別の実施形態の拡大断面図である。FIG. 6D is an enlarged cross-sectional view of yet another embodiment of a protected electrothermal pair junction. 図６Ｅは、保護付き電熱対ジャンクションの更に別の実施形態の拡大断面図である。FIG. 6E is an enlarged cross-sectional view of yet another embodiment of a protected electrothermal pair junction.

図１を参照すると、半導体基板を処理するための化学蒸着（“ＣＶＤ”）反応器１０の例示的な実施形態が示される。図示の実施形態は、単一の基板で水平方向に流れる冷壁反応器であるが、本明細書中に記載された熱電対概念は、半導体処理反応器の他のタイプに使用されると共に、正確な温度センサを必要とする他の非半導体処理アプリケーションで使用されることを当業者に理解されるべきである。ＣＶＤ反応器１０は、反応空間１４を画定する反応チャンバ１２と、反応チャンバ１２の両側に配置された熱要素１６と、基板支持構造１８とを含む。反応チャンバ１２は、反応空間１４の中に反応ガスを導入するインレット２０と、そこを通じて反応ガスとプロセスの副産物が反応空間１４を出るアウトレット２２を有する細長い部材である。実施形態では、反応チャンバ１２は、透明な石英で形成されている。反応チャンバ１２は、その中の堆積プロセスに対して実質的に非反応性であるのに十分な他の材料で形成されることができることを当業者によって理解されるべきである。 Referring to FIG. 1, an exemplary embodiment of a chemical vapor deposition (“CVD”) reactor 10 for processing a semiconductor substrate is shown. Although the illustrated embodiment is a cold wall reactor that flows horizontally on a single substrate, the thermocouple concept described herein can be used for other types of semiconductor processing reactors, It should be understood by one skilled in the art that it can be used in other non-semiconductor processing applications that require an accurate temperature sensor. The CVD reactor 10 includes a reaction chamber 12 that defines a reaction space 14, thermal elements 16 disposed on opposite sides of the reaction chamber 12, and a substrate support structure 18. The reaction chamber 12 is an elongated member having an inlet 20 for introducing a reaction gas into the reaction space 14 and an outlet 22 through which reaction gases and process by-products exit the reaction space 14. In the embodiment, the reaction chamber 12 is made of transparent quartz. It should be understood by those skilled in the art that the reaction chamber 12 can be formed of other materials sufficient to be substantially non-reactive to the deposition process therein.

熱要素１６は、図１に示されるように、上バンクと下バンクを形成する。熱要素１６は、同じバンク内で隣接する熱要素１６に対して離間して配向される。実施形態では、上バンクの熱要素１６は、下バンクの熱要素１６に対して実質的に垂直に配向される。熱要素１６は、反応チャンバ１２の壁によってかなり吸収することなく反応チャンバ１２に放射エネルギを提供する。熱要素１６は、処理される基板及び基板支持構造１８の部分によって吸収される放射熱を提供するように構成される。 The thermal elements 16 form an upper bank and a lower bank, as shown in FIG. Thermal elements 16 are oriented away from adjacent thermal elements 16 in the same bank. In an embodiment, the upper bank thermal elements 16 are oriented substantially perpendicular to the lower bank thermal elements 16. The thermal element 16 provides radiant energy to the reaction chamber 12 without significant absorption by the walls of the reaction chamber 12. The thermal element 16 is configured to provide radiant heat that is absorbed by the substrate being processed and portions of the substrate support structure 18.

基板支持構造１８は、図１に示すように、その上に基板２４が配置される基板ホルダ２８と、サセプタ支持部材３０とを含む。サセプタ支持部材３０は、反応チャンバ１２の下壁に依存するチューブ３４を通じて下方に延びるシャフト３２に接続される。モータ（図示せず）は、シャフト３２を回転するように構成され、それによって、対応するように基板ホルダ２８と基板２４を回転する。実施形態では、基板ホルダ２８は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）被覆の黒鉛で形成され、サセプタ支持部材３０は、透明な石英で形成される。基板支持機構１８の部材が、反応チャンバ１２の中に導入されたプロセスガスに関して実質的に不活性であり処理される基板２４を支持するのに十分な材料で形成できることを当業者によって理解されるべきである。 As shown in FIG. 1, the substrate support structure 18 includes a substrate holder 28 on which the substrate 24 is disposed, and a susceptor support member 30. The susceptor support member 30 is connected to a shaft 32 that extends downward through a tube 34 that depends on the lower wall of the reaction chamber 12. A motor (not shown) is configured to rotate the shaft 32, thereby rotating the substrate holder 28 and substrate 24 in a corresponding manner. In the embodiment, the substrate holder 28 is formed of silicon carbide (SiC) -coated graphite, and the susceptor support member 30 is formed of transparent quartz. It will be appreciated by those skilled in the art that the members of the substrate support mechanism 18 can be formed of a material that is substantially inert with respect to the process gas introduced into the reaction chamber 12 and that is sufficient to support the substrate 24 being processed. Should.

図１−２に示すように、複数の温度センサは、基板２４と、基板２４の近くの様々な場所で温度を測定するための基板ホルダ２８とに隣接して配置される。図示の実施形態では、温度センサは、基板ホルダ２８の下面に形成された盲目の空洞内に配置された中央温度センサ３６、先端温度センサ３８、後端温度センサ４０、及び少なくとも一方側端の温度センサ４２を含む。先端温度センサ３８及び後端温度センサ４０は、反応空間１４内のガスの流れの方向Ａに対して基板２４の前端及び後端に隣接して配置される。温度センサは、温度センサのチップを囲むローカライズされた領域で温度を測定するように構成される。ＣＶＤ反応器１０の温度制御システム４４は、処理される基板２４に隣接して配置された複数の温度センサ３６、３８、４０、４２を含み、温度センサは、コントローラ４６に垂直な位置で温度データを提供する温度コントローラ４６に作動的に接続される。コントローラ４６は、基板２４に隣接して配置された少なくとも一つの熱要素１６に作動的に接続される。温度コントローラ４６は、処理される基板２４全体にわたってほぼ均一な温度分布を維持するために温度センサが提供するデータに応じて熱要素（複数の熱要素）１６に供給されるエネルギを調整するように構成されている。温度制御システム４４は、コントローラ４６にデータを提供するためのさまざまな場所に配置された任意の数の温度センサを含むことができることを当業者によって理解されるべきである。 As shown in FIG. 1-2, the plurality of temperature sensors are disposed adjacent to the substrate 24 and a substrate holder 28 for measuring temperature at various locations near the substrate 24. In the illustrated embodiment, the temperature sensors are a central temperature sensor 36, a leading edge temperature sensor 38, a trailing edge temperature sensor 40, and at least one side end temperature disposed in a blind cavity formed in the lower surface of the substrate holder 28. A sensor 42 is included. The front end temperature sensor 38 and the rear end temperature sensor 40 are disposed adjacent to the front end and the rear end of the substrate 24 with respect to the gas flow direction A in the reaction space 14. The temperature sensor is configured to measure the temperature in a localized region surrounding the temperature sensor chip. The temperature control system 44 of the CVD reactor 10 includes a plurality of temperature sensors 36, 38, 40, 42 disposed adjacent to the substrate 24 to be processed, the temperature sensors being temperature data at a position perpendicular to the controller 46. Is operatively connected to a temperature controller 46. The controller 46 is operatively connected to at least one thermal element 16 disposed adjacent to the substrate 24. The temperature controller 46 adjusts the energy supplied to the thermal element (s) 16 in response to data provided by the temperature sensor to maintain a substantially uniform temperature distribution across the substrate 24 being processed. It is configured. It should be appreciated by those skilled in the art that the temperature control system 44 can include any number of temperature sensors located at various locations for providing data to the controller 46.

実施形態では、温度制御システム４４で使用される温度センサは熱電対アッセンブリ４８である。他の温度センサ３６、３８、４０、４２は、光高温計、当該分野で公知の熱電対及びそれらの組み合わせとして形成されることを当業者によって理解されるべきである。図３−４に示すように、熱電対アッセンブリの典型的な実施形態は、一般的に周知であり、シース５０、支持部材５２、カラー５４、第１線５６、第２線５８、スプリング６０、カップアッセンブリ６２及びプラグ６４を含む。シース５０は、長手方向軸線を有する実質的に円筒形の細長い部材である。シース５０は、温度測定が望まれる位置に直に隣接して配置されるように構成された測定チップを含む。また、支持部材５２は、長手方向軸線を有する実質的に円筒形の細長い部材であり、支持部材５２の一部分がシース５０内に収容される。支持部材５２は、あらゆるタイプのセラミック又は周期的温度変化及び熱電対アッセンブリ４８がさらされる温度領域に耐えるのに十分な他の材料で形成されることができる。熱電対アッセンブリ４８は、中央温度センサ３６、先端温度センサ３８、後端温度センサ４０及び側端温度センサ４２として使用されることができる。熱電対アッセンブリ４８は、正確な温度センサが必要とされている他のアプリケーションで使用されることを当業者に理解されるべきである。図示の熱電対アッセンブリ４８は、実質的に線形であるが、熱電対アッセンブリ４８は、熱電対アッセンブリ４８のチップが処理される基板又は処理される基板を支持する基板支持２８に隣接した特に所望の位置に配置されるのを許容するのに十分な形状に形成されることができることを当業者に理解されるべきである。 In an embodiment, the temperature sensor used in the temperature control system 44 is a thermocouple assembly 48. It should be understood by those skilled in the art that the other temperature sensors 36, 38, 40, 42 are formed as optical pyrometers, thermocouples known in the art, and combinations thereof. As shown in FIGS. 3-4, exemplary embodiments of thermocouple assemblies are generally well known and include a sheath 50, a support member 52, a collar 54, a first line 56, a second line 58, a spring 60, A cup assembly 62 and a plug 64 are included. The sheath 50 is a substantially cylindrical elongate member having a longitudinal axis. The sheath 50 includes a measurement tip configured to be placed immediately adjacent to the location where temperature measurement is desired. The support member 52 is a substantially cylindrical elongated member having a longitudinal axis, and a part of the support member 52 is accommodated in the sheath 50. The support member 52 can be formed of any type of ceramic or other material sufficient to withstand periodic temperature changes and temperature regions to which the thermocouple assembly 48 is exposed. The thermocouple assembly 48 can be used as the center temperature sensor 36, the tip temperature sensor 38, the rear end temperature sensor 40, and the side end temperature sensor 42. It should be understood by those skilled in the art that the thermocouple assembly 48 is used in other applications where an accurate temperature sensor is required. Although the illustrated thermocouple assembly 48 is substantially linear, the thermocouple assembly 48 is particularly desirable adjacent to a substrate on which a chip of the thermocouple assembly 48 is processed or a substrate support 28 that supports the substrate to be processed. It should be understood by those skilled in the art that it can be formed into a shape sufficient to allow it to be placed in position.

熱電対アッセンブリ４８は、図４に示すように、第１線５６と第２線５８とを含み、第１線５６及び第２線５８は、異なる金属で形成される。実施形態では、第１線５６は、プラチナで形成され、第２線５８は、１３％のロジウムを有するプラチナの合金で形成されている。第１線５６及び第２線５８は、それの間に熱電対を形成するのに十分な異なる材料で形成されることができることを当業者に理解されるべきである。第１線５６及び第２線５８は、支持部材５２の長手方向軸線に沿って支持部材５２の中心を通って形成された対応する穴６８の中に収容される。第１線５６及び第２線５８の各々の一部は、シース５０の測定チップ６６に隣接して支持部材５２の端部を超えて延びる。従来の熱電対アッセンブリでは、図４に示すように、第１線５６及び第２線５８の部分は、ビーズを形成するために互いに融合された測定チップ６６又は熱電対ジャンクション７０に隣接して支持部材５２の端部を超えて延びる。スプリング６０は、測定チップ６６で熱電対の接点７０とシース５０の内面との間で一定の接触を確実にするように構成されている。スプリング６０が一般的に、熱電対ジャンクション７０をシース５０と接触した状態に維持するために中央温度センサ３６として使用された熱電対アッセンブリに使用されるが、スプリングは、前端、後端、又は側端の温度センサ３８、４０、４２で使用した熱電対アッセンブリに必要ではないことを当業者に理解されるべきである。 As shown in FIG. 4, the thermocouple assembly 48 includes a first line 56 and a second line 58, and the first line 56 and the second line 58 are formed of different metals. In an embodiment, the first line 56 is formed of platinum and the second line 58 is formed of a platinum alloy having 13% rhodium. It should be understood by those skilled in the art that the first line 56 and the second line 58 can be formed of different materials sufficient to form a thermocouple therebetween. The first line 56 and the second line 58 are received in corresponding holes 68 formed through the center of the support member 52 along the longitudinal axis of the support member 52. A portion of each of the first line 56 and the second line 58 extends beyond the end of the support member 52 adjacent to the measurement tip 66 of the sheath 50. In a conventional thermocouple assembly, as shown in FIG. 4, the portions of the first wire 56 and the second wire 58 are supported adjacent to the measurement tip 66 or thermocouple junction 70 that are fused together to form a bead. It extends beyond the end of member 52. The spring 60 is configured to ensure a constant contact between the thermocouple contact 70 and the inner surface of the sheath 50 at the measurement tip 66. A spring 60 is typically used in the thermocouple assembly used as the central temperature sensor 36 to maintain the thermocouple junction 70 in contact with the sheath 50, but the spring may be used at the front end, rear end, or side. It should be understood by those skilled in the art that it is not necessary for the thermocouple assembly used in the end temperature sensors 38, 40, 42.

熱電対ジャンクション７０と熱電対アッセンブリ４８温度を測定する位置との間の距離は、熱電対アッセンブリ４８の設計の重要な特性である。熱電対アッセンブリ４８を製造する工程では、測定チップ６６内の熱電対ジャンクション７０の位置が熱電対から熱電対まで実質的に一定であることが重要である。スプリング６０は、支持部材５２に一体に取り付けられたカラー５４上にスプリング力を及ぼすように構成され、カラー５４にかけられたスプリング力は、カラー５４を測定チップ６６の方に付勢し、熱電対ジャンクション７０と測定チップ６６との一定の接触を確実にする。以前の周知の熱電対アッセンブリの組み立て中、熱電対ジャンクション７０は摺動し又は測定チップ６６内でオフセットになり、それによって、熱電対アッセンブリ４８によって測定された温度の精度が低下する。さらに、反応チャンバ１２（図１）内の熱サイクル中に、温度変化は、熱電対ジャンクション７０が摺動又は測定チップ６６内でオフセットさせる。さらに、熱電対ジャンクション７０は、シース５０内で支持部材５２の端部を超えて延びるので、熱電対ジャンクション７０と第１線５６及び第２線５８の一部分とは、ＣＶＤ反応器内で熱要素１６にさらされる。この熱要素１６に対する直接的な露呈は、反応チャンバ１２の熱サイクル中で熱電対ジャンクション７０と第１線５６及び第２線５８を損傷させる。さらに、熱電対ジャンクション７０は支持部材５２の端部を超えて延びるので熱電対ジャンクション７０と第１線５６及び第２線５８は、反応チャンバ内で熱要素１６にさらされる。このように、熱電対ジャンクション７０がさらされる高温と組み合わせでスプリング６０の圧縮力は、時間をかけて熱電対ジャンクション７０の形状を変形する。この変形は、熱電対によって測定された温度の精度に悪影響を与える。 The distance between the thermocouple junction 70 and the position at which the thermocouple assembly 48 temperature is measured is an important characteristic of the design of the thermocouple assembly 48. In the process of manufacturing the thermocouple assembly 48, it is important that the position of the thermocouple junction 70 in the measurement chip 66 is substantially constant from thermocouple to thermocouple. The spring 60 is configured to exert a spring force on the collar 54 that is integrally attached to the support member 52, and the spring force applied to the collar 54 urges the collar 54 toward the measurement tip 66, and the thermocouple. A certain contact between the junction 70 and the measuring chip 66 is ensured. During assembly of a previously known thermocouple assembly, the thermocouple junction 70 slides or is offset within the measurement tip 66, thereby reducing the accuracy of the temperature measured by the thermocouple assembly 48. Further, during thermal cycling within the reaction chamber 12 (FIG. 1), temperature changes cause the thermocouple junction 70 to slide or offset within the measurement tip 66. Further, since the thermocouple junction 70 extends within the sheath 50 beyond the end of the support member 52, the thermocouple junction 70 and portions of the first wire 56 and the second wire 58 are thermal elements within the CVD reactor. 16 is exposed. This direct exposure to the thermal element 16 damages the thermocouple junction 70 and the first and second wires 56, 58 during the thermal cycle of the reaction chamber 12. Further, since the thermocouple junction 70 extends beyond the end of the support member 52, the thermocouple junction 70 and the first and second wires 56, 58 are exposed to the thermal element 16 in the reaction chamber. In this way, the compression force of the spring 60 in combination with the high temperature to which the thermocouple junction 70 is exposed deforms the shape of the thermocouple junction 70 over time. This deformation adversely affects the accuracy of the temperature measured by the thermocouple.

改善された熱電対アッセンブリ１００の例示的な実施形態が図５に示される。熱電対アッセンブリ１００は、シース１０２、支持部材１０４、カラー１０６、第１線１０８、第２線１１０、スプリング１１２、カップアッセンブリ１１４及びプラグ１１６を含む。実施形態では、シース１０２は、長手方向軸線を有する実施的に円筒形の細長い部材である。シース１０２は、温度測定が望まれる位置に直に隣接して配置されるように構成された測定チップ１１８を含む。実施形態では、シース１０２は、透明な石英で形成されている。熱電対アッセンブリ１００が反応チャンバ１２内に収められる温度範囲に十分に耐えることができる材料で形成されることを当業者は理解されるべきである。また、支持部材１０４は、長手方向軸線を有する実質的に円筒形の細長い部材であり、支持部材１０４の一部分がシース１０２内に収容される。支持部材１０４は、シース１０２内に収容されるのに十分な形状として形成されることを当業者に理解されるべきである。支持部材１０４は、セラミック又は周期的温度変化及び熱電対アッセンブリ１００がさらされる温度領域に耐えるのに十分な他の材料で形成されることができる。熱電対アッセンブリ１００は、図２に示すように、中央温度センサ３６、先端温度センサ３８、後端温度センサ４０及び側端温度センサ４２として使用されることができる。熱電対アッセンブリ１００は、正確な温度センサが必要とされている他のアプリケーションで使用されることを当業者に理解されるべきである。図示の熱電対アッセンブリ１００は、実質的に線形であるが、熱電対アッセンブリ１００は、熱電対アッセンブリ１００のチップ１１８が特に所望の位置に配置されるのを許容するのに十分な形状に形成されることができることを当業者に理解されるべきである。 An exemplary embodiment of an improved thermocouple assembly 100 is shown in FIG. The thermocouple assembly 100 includes a sheath 102, a support member 104, a collar 106, a first wire 108, a second wire 110, a spring 112, a cup assembly 114 and a plug 116. In an embodiment, the sheath 102 is a substantially cylindrical elongate member having a longitudinal axis. The sheath 102 includes a measurement tip 118 configured to be placed immediately adjacent to the location where temperature measurement is desired. In the embodiment, the sheath 102 is formed of transparent quartz. One skilled in the art should understand that the thermocouple assembly 100 is formed of a material that can sufficiently withstand the temperature range contained within the reaction chamber 12. The support member 104 is a substantially cylindrical elongate member having a longitudinal axis, and a portion of the support member 104 is housed within the sheath 102. It should be understood by those skilled in the art that the support member 104 is formed in a shape sufficient to be received within the sheath 102. The support member 104 can be formed of ceramic or other material sufficient to withstand periodic temperature changes and temperature regions to which the thermocouple assembly 100 is exposed. As shown in FIG. 2, the thermocouple assembly 100 can be used as a central temperature sensor 36, a front end temperature sensor 38, a rear end temperature sensor 40, and a side end temperature sensor 42. It should be understood by those skilled in the art that the thermocouple assembly 100 is used in other applications where an accurate temperature sensor is required. Although the illustrated thermocouple assembly 100 is substantially linear, the thermocouple assembly 100 is formed in a shape sufficient to allow the tip 118 of the thermocouple assembly 100 to be placed in a particularly desired location. It should be understood by those skilled in the art that

熱電対アッセンブリ１００は、図５に示すように、第１線１０８と第２線１１０とを含み、第１線１０８及び第２線１１０は、異なる金属で形成される。実施形態では、第１線１０８は、プラチナで形成され、第２線１１０は、１３％のロジウムを有するプラチナの合金で形成されている。第１線１０８及び第２線１１０は、それの間に熱電対を形成するのに十分な異なる材料で形成されることができることを当業者に理解されるべきである。第１線１０８及び第２線１１０は、支持部材１０４の長手方向軸線に沿って支持部材１０４の中心を通って形成された対応する穴１２０の中に収容される。 As shown in FIG. 5, the thermocouple assembly 100 includes a first line 108 and a second line 110, and the first line 108 and the second line 110 are formed of different metals. In an embodiment, the first line 108 is formed from platinum and the second line 110 is formed from a platinum alloy having 13% rhodium. It should be understood by those skilled in the art that the first line 108 and the second line 110 can be formed of different materials sufficient to form a thermocouple therebetween. The first line 108 and the second line 110 are received in corresponding holes 120 formed through the center of the support member 104 along the longitudinal axis of the support member 104.

実施形態では、図６Ａ−６Ｄに示すように、測定チップ１１８に隣接した支持部材１０４のチップは、凹部領域１２２を形成する。図６Ａに示された実施形態では、凹部領域１２２は、傾斜した側面１２４を含む。傾斜した側面１２４は、傾斜した側面１２４が支持部材１０４の遠位端から離れる方向に延びるように支持部材１０４の長手方向軸線の方に内方に傾斜する。ベース１２６は、支持部材１０４の端部において凹部領域１２２に底面を形成する。ベース１２６は、実質的に平面である。凹部領域１２２は、支持部材１０４の端部の中に概ね頭を切断された円錐形状のくぼみを形成する。凹部領域１２２は、支持部材１０４の遠位端を形成する縁部１２８によって囲まれる。実施形態では、傾斜した側面１２４は、縁部１２８が実質的に平らな棚を形成するように支持部材１０４の外面から半径方向内方に離間される。他の実施形態では、傾斜した側面１２４は、支持部材１０４の遠位端が環状のリングを形成するように支持部材１０４の外面（図示せず）から延びる。実施形態では、凹部領域１２２は、支持部材１０４を成形するときに形成されることができる。他の実施形態では、凹部領域１２２は、支持部材１０４の一部分を切断又は粉砕することによって形成されることができる。凹部領域１２２は、熱電対ジャンクション１３０を保護するために構成された側壁１３８を提供するのに十分な方法によって形成されることを当業者によって理解されるべきである。 In the embodiment, as shown in FIGS. 6A-6D, the tip of the support member 104 adjacent to the measurement tip 118 forms a recessed region 122. In the embodiment shown in FIG. 6A, the recessed region 122 includes an inclined side surface 124. The inclined side surface 124 is inclined inwardly toward the longitudinal axis of the support member 104 such that the inclined side surface 124 extends away from the distal end of the support member 104. The base 126 forms a bottom surface in the recessed area 122 at the end of the support member 104. The base 126 is substantially planar. The recessed area 122 forms a conical recess with a generally truncated head in the end of the support member 104. The recessed area 122 is surrounded by an edge 128 that forms the distal end of the support member 104. In an embodiment, the inclined side surface 124 is spaced radially inward from the outer surface of the support member 104 such that the edge 128 forms a substantially flat shelf. In other embodiments, the inclined side surface 124 extends from the outer surface (not shown) of the support member 104 such that the distal end of the support member 104 forms an annular ring. In an embodiment, the recessed area 122 can be formed when the support member 104 is molded. In other embodiments, the recessed region 122 can be formed by cutting or crushing a portion of the support member 104. It should be appreciated by those skilled in the art that the recessed region 122 is formed in a manner sufficient to provide a sidewall 138 configured to protect the thermocouple junction 130.

組み立て中に、図６Ａに示されるように、第１線１０８及び第２線１１０の一部分は凹部領域１２２の中にそれらの対応する穴１２０から延びる。第１線１０８及び第２線１１０のさらされた部分は、ビーズ又は熱電対ジャンクション１３０を形成するために互いに融合される。熱電対ジャンクション１３０は、凹部領域１２２のベース１２６に直接隣接して又はベース１２６と接触して配置され、傾斜した側面１２４によって保護される。ひとたび熱電対ジャンクション１３０が形成されると、支持部材１０４は、縁部１２８が測定チップ１１８でシース１０２の内面と接するまでシース１０２の中に挿入される。組み立てられると、熱電対ジャンクション１３０は、シース１０２の測定チップ１１８に対して実質的に固定した位置に配置される。 During assembly, portions of the first line 108 and the second line 110 extend from their corresponding holes 120 into the recessed area 122, as shown in FIG. 6A. The exposed portions of the first line 108 and the second line 110 are fused together to form a bead or thermocouple junction 130. The thermocouple junction 130 is disposed directly adjacent to or in contact with the base 126 in the recessed area 122 and is protected by the inclined side surface 124. Once the thermocouple junction 130 is formed, the support member 104 is inserted into the sheath 102 until the edge 128 contacts the inner surface of the sheath 102 at the measurement tip 118. When assembled, the thermocouple junction 130 is placed in a substantially fixed position relative to the measurement tip 118 of the sheath 102.

図６Ａ−６Ｄは、シース１０２の内面と接する熱電対ジャンクション１３０を図示し、図６Ｅは、シースに対して離間された関係に配置された熱電対ジャンクション１３０を図示する。熱電対アッセンブリ１００は、熱電対ジャンクション１３０がシース１０２と接するか直に隣接するが、熱電対ジャンクション１３０がスプリング１１２からスプリング力に従わないで測定チップ１１８に対して実質的に固定された場所又は位置に存在するように組み立てられることができることを当業者によって理解されるべきである。例えば、実施形態では、熱電対ジャンクション１３０は、熱電対ジャンクション１３０が測定チップ１１８でシース１０２の内面と接するように凹部領域１２２内に配置される。しかしながら、スプリング１１２は、シースの内面に対して支持部材１０４を付勢するので、熱電対ジャンクション１３０は、静止し、スプリング１１２からシース１０２に対するスプリング力を受けない。他の実施形態では、ジャンクションは、シース１１２の内面に直に隣接して離間配置されたように配置される。 6A-6D illustrate the thermocouple junction 130 in contact with the inner surface of the sheath 102, and FIG. 6E illustrates the thermocouple junction 130 disposed in a spaced relationship with respect to the sheath. The thermocouple assembly 100 is a location where the thermocouple junction 130 is in contact with or immediately adjacent to the sheath 102, but the thermocouple junction 130 is substantially fixed relative to the measurement tip 118 from the spring 112 without following the spring force or It should be understood by those skilled in the art that they can be assembled to exist in position. For example, in an embodiment, the thermocouple junction 130 is disposed in the recessed region 122 such that the thermocouple junction 130 contacts the inner surface of the sheath 102 at the measurement tip 118. However, because the spring 112 biases the support member 104 against the inner surface of the sheath, the thermocouple junction 130 is stationary and does not receive a spring force from the spring 112 against the sheath 102. In other embodiments, the junctions are arranged such that they are spaced apart immediately adjacent to the inner surface of the sheath 112.

図６Ｂに示す熱電対アッセンブリ１００の他の実施形態では、凹部領域１２２は、側面１３２とベース１３４とを含む。側面１３２は、支持部材１０４の長手方向軸線に対して実質的に平行なように支持部材１０４の厚さの中に遠位端から延びる。ベース１３４は、支持部材１０４の端部で凹部領域１２２の底面を形成する。ベース１３４は、側面１３２に対して９０度に形成された平面である。凹部領域１２２は、支持部材１０４の端部の中に概ね円筒形のくぼみを形成する。凹部領域１２２は、支持部材１０４の遠位端を形成する縁部１２８によって囲まれる。実施形態では、側面１３２は、縁部１２８が実質的に平らな棚を形成するように支持部材１０４の外面から半径方向内方に離間される。 In another embodiment of the thermocouple assembly 100 shown in FIG. 6B, the recessed region 122 includes a side surface 132 and a base 134. Side surface 132 extends from the distal end into the thickness of support member 104 so as to be substantially parallel to the longitudinal axis of support member 104. The base 134 forms the bottom surface of the recessed area 122 at the end of the support member 104. The base 134 is a flat surface formed at 90 degrees with respect to the side surface 132. The recessed area 122 forms a generally cylindrical recess in the end of the support member 104. The recessed area 122 is surrounded by an edge 128 that forms the distal end of the support member 104. In an embodiment, the side surface 132 is spaced radially inward from the outer surface of the support member 104 such that the edge 128 forms a substantially flat shelf.

組み立て中に、図６Ｂに示されるように、第１線１０８及び第２線１１０の一部分は凹部領域１２２の中にそれらの対応する穴１２０から延びる。第１線１０８及び第２線１１０のさらされた部分は、ビーズ又は熱電対ジャンクション１３０を形成するために互いに融合される。熱電対ジャンクション１３０は、凹部領域１２２のベース１２６に直接隣接して又はベース１２６と接触して配置され、側面１３２によって保護される。ひとたび熱電対ジャンクション１３０が形成されると、支持部材１０４は、縁部１２８が測定チップ１１８でシース１０２の内面と接するまでシース１０２の中に挿入される。組み立てられると、熱電対ジャンクション１３０は、シース１０２の測定チップ１１８に対して実質的に固定した位置に配置される。 During assembly, portions of the first line 108 and the second line 110 extend from their corresponding holes 120 into the recessed area 122, as shown in FIG. 6B. The exposed portions of the first line 108 and the second line 110 are fused together to form a bead or thermocouple junction 130. The thermocouple junction 130 is disposed directly adjacent to or in contact with the base 126 in the recessed area 122 and is protected by the side surfaces 132. Once the thermocouple junction 130 is formed, the support member 104 is inserted into the sheath 102 until the edge 128 contacts the inner surface of the sheath 102 at the measurement tip 118. When assembled, the thermocouple junction 130 is placed in a substantially fixed position relative to the measurement tip 118 of the sheath 102.

図６Ｃに示す実施形態では、凹部領域１２２は傾斜した面１３６を含む。傾斜した面１３６は、傾斜した面１３６が支持部材１０４の遠位端から離れる方向に延びるように支持部材１０４の長手方向軸線の方に内方に傾斜する。凹部領域１２２は、支持部材１０４の端部の中に概ね半球状のくぼみを形成する。凹部領域１２２は、支持部材１０４の遠位端を形成する縁部によって囲まれる。実施形態では、傾斜した側面１３６は、縁部１２８が実質的に平らな棚を形成するように支持部材１０４の外面から半径方向内方に離間される。他の実施形態では、傾斜した側面１３６は、支持部材１０４の遠位端が環状のリングを形成するように支持部材１０４の外面から延びる。実施形態では、凹部領域１２２は、支持部材１０４を成形するときに形成されることができる。他の実施形態では、凹部領域１２２は、支持部材１０４の一部分を切断又は粉砕することによって形成されることができる。凹部領域１２２は、熱電対ジャンクション１３０を保護するために構成された側壁１３８を提供するのに十分な方法によって形成されることを当業者によって理解されるべきである。 In the embodiment shown in FIG. 6C, the recessed area 122 includes an inclined surface 136. The inclined surface 136 is inclined inwardly toward the longitudinal axis of the support member 104 such that the inclined surface 136 extends away from the distal end of the support member 104. The recessed area 122 forms a generally hemispherical recess in the end of the support member 104. The recessed area 122 is surrounded by an edge that forms the distal end of the support member 104. In an embodiment, the inclined side surface 136 is spaced radially inward from the outer surface of the support member 104 such that the edge 128 forms a substantially flat shelf. In other embodiments, the angled side 136 extends from the outer surface of the support member 104 such that the distal end of the support member 104 forms an annular ring. In an embodiment, the recessed area 122 can be formed when the support member 104 is molded. In other embodiments, the recessed region 122 can be formed by cutting or crushing a portion of the support member 104. It should be appreciated by those skilled in the art that the recessed region 122 is formed in a manner sufficient to provide a sidewall 138 configured to protect the thermocouple junction 130.

組み立て中に、図６Ｃに示されるように、第１線１０８及び第２線１１０の一部分は凹部領域１２２の中にそれらの対応する穴１２０から延びる。第１線１０８及び第２線１１０のさらされた部分は、ビーズ又は熱電対ジャンクション１３０を形成するために互いに融合される。熱電対ジャンクション１３０は、凹部領域１２２のベース１２６に直接隣接して又はベース１２６と接触して配置され、傾斜した面１３６によって保護される。ひとたび熱電対ジャンクション１３０が形成されると、支持部材１０４は、縁部１２８が測定チップ１１８でシース１０２の内面と接するまでシース１０２の中に挿入される。組み立てられると、熱電対ジャンクション１３０は、シース１０２の測定チップ１１８に対して実質的に固定した位置に配置される。 During assembly, portions of the first line 108 and the second line 110 extend from their corresponding holes 120 into the recessed area 122, as shown in FIG. 6C. The exposed portions of the first line 108 and the second line 110 are fused together to form a bead or thermocouple junction 130. The thermocouple junction 130 is disposed directly adjacent to or in contact with the base 126 in the recessed area 122 and is protected by a sloped surface 136. Once the thermocouple junction 130 is formed, the support member 104 is inserted into the sheath 102 until the edge 128 contacts the inner surface of the sheath 102 at the measurement tip 118. When assembled, the thermocouple junction 130 is placed in a substantially fixed position relative to the measurement tip 118 of the sheath 102.

図６Ｄに示す実施形態では、凹部領域１２２は傾斜した面１４０を含む。傾斜した面１４０は、傾斜した面１４０が支持部材１０４の遠位端から離れる方向に延び、傾斜した面１４０が支持部材１０４の長手方向軸線上に又はその軸線に実質的に近傍にポイントを形成するように支持部材１０４の長手方向軸線の方に内方に傾斜する。凹部領域１２２は、支持部材１０４の端部の中に概ねＶ形状又は円錐形のくぼみを形成する。凹部領域１２２は、支持部材１０４の遠位端を形成する縁部１２８によって囲まれる。実施形態では、傾斜した面１４０は、縁部１２８が実質的に平らな棚を形成するように支持部材１０４の外面から半径方向内方に離間される。他の実施形態では、縁部１２８が半径方向に延びる厚さがほとんどない又は全くない棚を形成するように傾斜した側面１３６は支持部材１０４の外面から延びる。実施形態では、凹部領域１２２は、支持部材１０４の端部の中に傾斜した表面１４０を切断又は粉砕することによって形成されることができる。凹部領域１２２は、熱電対ジャンクション１３０を保護するために構成された側壁１３８を提供するのに十分な方法によって形成されることを当業者によって理解されるべきである。 In the embodiment shown in FIG. 6D, the recessed area 122 includes an inclined surface 140. The inclined surface 140 extends in a direction in which the inclined surface 140 moves away from the distal end of the support member 104, and the inclined surface 140 forms a point on or substantially adjacent to the longitudinal axis of the support member 104. Inclined inward toward the longitudinal axis of the support member 104. The recessed area 122 forms a generally V-shaped or conical recess in the end of the support member 104. The recessed area 122 is surrounded by an edge 128 that forms the distal end of the support member 104. In an embodiment, the inclined surface 140 is spaced radially inward from the outer surface of the support member 104 such that the edge 128 forms a substantially flat shelf. In other embodiments, the inclined side surfaces 136 extend from the outer surface of the support member 104 such that the edges 128 form a shelf with little or no radially extending thickness. In an embodiment, the recessed area 122 may be formed by cutting or crushing a sloped surface 140 into the end of the support member 104. It should be appreciated by those skilled in the art that the recessed region 122 is formed in a manner sufficient to provide a sidewall 138 configured to protect the thermocouple junction 130.

組み立て中に、図６Ｄに示されるように、第１線１０８及び第２線１１０の一部分は凹部領域１２２の中にそれらの対応する穴１２０から延びる。第１線１０８及び第２線１１０のさらされた部分は、ビーズ又は熱電対ジャンクション１３０を形成するために互いに融合される。熱電対ジャンクション１３０は、傾斜した面１４０が半径方向内方に延びるように傾斜した面１４０によって形成されたポイントに直に隣接して配置される。ひとたび熱電対ジャンクション１３０が形成されると、支持部材１０４は、縁部１２８が測定チップ１１８でシース１０２の内面と接するまでシース１０２の中に挿入される。組み立てられると、熱電対ジャンクション１３０は、シース１０２の測定チップ１１８に対して実質的に固定した位置に配置される。 During assembly, portions of the first line 108 and the second line 110 extend from their corresponding holes 120 into the recessed area 122, as shown in FIG. 6D. The exposed portions of the first line 108 and the second line 110 are fused together to form a bead or thermocouple junction 130. The thermocouple junction 130 is positioned immediately adjacent to the point formed by the inclined surface 140 such that the inclined surface 140 extends radially inward. Once the thermocouple junction 130 is formed, the support member 104 is inserted into the sheath 102 until the edge 128 contacts the inner surface of the sheath 102 at the measurement tip 118. When assembled, the thermocouple junction 130 is placed in a substantially fixed position relative to the measurement tip 118 of the sheath 102.

図６Ａ−６Ｄに示された凹部領域１２２は、支持部材１０４の長手方向軸線に沿って実質的に対称なくぼみであるように示される。しかしながら、支持部材１０４の端部は、凹部領域１２２を含む必要はなく、その長手方向軸線を中心にして対称である必要はない。例えば、図６Ｅは、支持部材の端部が、支持部材の傾斜した面１４２が実質的に平らで支持部材１０４の長手方向軸線にたいして傾斜して形成されるように切り捨てられた実施形態を示す。それに隣接して熱電対ジャンクション１３０が平らに形成された支持部材１０４の端部がくぼみ又は凹部領域を含み、あるいは、熱電対ジャンクション１３０が測定チップ１１８でシース１０２の内面に対して相対的に配置されるのを許容するように形状づけられることを当業者に理解されるべきである。 The recessed areas 122 shown in FIGS. 6A-6D are shown to be substantially symmetrical indentations along the longitudinal axis of the support member 104. However, the end of the support member 104 need not include the recessed region 122 and need not be symmetric about its longitudinal axis. For example, FIG. 6E shows an embodiment in which the end of the support member is truncated such that the inclined surface 142 of the support member is formed to be substantially flat and inclined with respect to the longitudinal axis of the support member 104. The end of the support member 104 on which the thermocouple junction 130 is formed flat adjacent thereto includes a recessed or recessed region, or the thermocouple junction 130 is disposed relative to the inner surface of the sheath 102 at the measurement tip 118. It should be understood by those skilled in the art that it is shaped to allow it to be done.

実施形態では、熱電対ジャンクション１３０は、図６Ａ−６Ｅに示されるように、測定チップ１１８でシース１０２の内面と接合関係である。支持部材１０４の側壁１３８とシース１０２との間の接触は、測定チップ１１８に対して熱電対ジャンクション１３０を付勢するスプリング力が実質的にないようにスプリング１１２によって支持部材１０４にかけられたスプリング力のほぼすべてを吸収する。スプリング力が支持部材１０４とシース１０２との間の接触によって吸収されるので、熱電対ジャンクション１３０は、スリップ又は変形しないで測定チップ１１８と接触して実質的に固定された位置にある。他の実施形態では、図６Ｅに示されるように、熱電対ジャンクション１３０は、測定チップ１１８でシース１０２の内面に直に隣接して配置され、それによって、熱電対ジャンクション１３０とシース１０２との間に少しの間隙を提供する。熱電対ジャンクション１３０は測定チップ１１８でシース１０２の内面と接触して又は内面から離れる方向に離間され、支持部材１０４とシース１０２との接触は、熱電対から熱電対まで測定チップ１１８に対して実施的に固定された位置に熱電対ジャンクション１３０が存在するのを許容するように、測定チップ１１８に対して熱電対ジャンクション１３０を典型的に付勢するスプリング力を減少又は排除するように構成されることを当業者に理解されるべきである。 In an embodiment, the thermocouple junction 130 is bonded to the inner surface of the sheath 102 at the measurement tip 118, as shown in FIGS. 6A-6E. The contact between the side wall 138 of the support member 104 and the sheath 102 is the spring force exerted on the support member 104 by the spring 112 such that there is substantially no spring force biasing the thermocouple junction 130 against the measurement tip 118. Absorbs almost everything. Since the spring force is absorbed by contact between the support member 104 and the sheath 102, the thermocouple junction 130 is in a substantially fixed position in contact with the measurement tip 118 without slipping or deforming. In other embodiments, as shown in FIG. 6E, the thermocouple junction 130 is positioned immediately adjacent to the inner surface of the sheath 102 at the measurement tip 118, so that between the thermocouple junction 130 and the sheath 102. To provide a little gap. The thermocouple junction 130 contacts the inner surface of the sheath 102 at the measurement tip 118 or is spaced away from the inner surface, and the contact between the support member 104 and the sheath 102 is performed on the measurement tip 118 from the thermocouple to the thermocouple. Configured to reduce or eliminate the spring force that typically biases the thermocouple junction 130 relative to the measurement tip 118 to allow the thermocouple junction 130 to be in a fixed position. It should be understood by those skilled in the art.

図６Ｅに示された実施形態では、熱電対ジャンクション１３０が測定チップ１１８でシース１０２の内面から離間される距離は、約１ｍｍである。他の実施形態では、熱電対ジャンクション１３０が測定チップ１１８でシース１０２の内面から離間される距離は、約０．５ｍｍである。さらに他の実施形態では、熱電対ジャンクション１３０が測定チップ１１８でシース１０２の内面から離間される距離は、約５ｍｍより小さく、より具体的には約１ｍｍより小さい。他の実施形態では、熱電対ジャンクション１３０が測定チップ１１８でシース１０２の内面から離間される距離は、約０．１ｍｍ乃至１．５ｍｍである。熱電対ジャンクション１３０との間の離間された距離は、あらゆる距離にすることができるが、離間された距離は、各熱電対アッセンブリ１００に対する熱電対ジャンクション１３０と測定チップ１１８との間の離間された距離が実質的に同じであるように続いて製造される熱電対間のメンテナンスを容易にする必要がある。 In the embodiment shown in FIG. 6E, the distance that the thermocouple junction 130 is spaced from the inner surface of the sheath 102 at the measurement tip 118 is about 1 mm. In other embodiments, the distance that the thermocouple junction 130 is spaced from the inner surface of the sheath 102 at the measurement tip 118 is about 0.5 mm. In still other embodiments, the distance that the thermocouple junction 130 is spaced from the inner surface of the sheath 102 at the measurement tip 118 is less than about 5 mm, and more specifically less than about 1 mm. In other embodiments, the distance that the thermocouple junction 130 is spaced from the inner surface of the sheath 102 at the measurement tip 118 is between about 0.1 mm and 1.5 mm. The spaced distance between the thermocouple junction 130 can be any distance, but the spaced distance is the distance between the thermocouple junction 130 and the measurement tip 118 for each thermocouple assembly 100. There is a need to facilitate maintenance between subsequently manufactured thermocouples so that the distance is substantially the same.

図６Ａ−６Ｄに示されるように、熱電対ジャンクション１３０は、支持部材１０４に形成された凹部領域１２２のベースに配置される。凹部領域１２２のベースに隣接して配置されると、スプリング１１２が熱電対アッセンブリ１００の測定チップ１１８の方に支持部材１０４を付勢するようにスプリング１１２は熱電対ジャンクション１３０に圧縮力を伝えない。一般的に周知の中央熱電対では、スプリングは、ジャンクションと測定チップとの間に接触を維持するためにジャンクションを測定チップと接触状態に付勢する。しかしながら、ジャンクションにかけられたこのスプリング力は、シースの内面に対してジャンクションを圧縮させ、典型的に、熱電対の温度測定のエラー及び早期故障を生じるジャンクションの変形を生じる。これに対して、本発明の改善された熱電対アッセンブリ１００の熱電対ジャンクション１３０は、スプリング１１２からのスプリング力によって支持部材１０４とシース１０２との間の一定の圧縮のもとに熱電対ジャンクション１３０があった場合に生じる熱電対ジャンクション１３０が測定チップ１１８に対して摺動せず又はオフセットにならないように、測定チップ１１８でシース１０２と接触してあるいはシース１０２に直に隣接して、凹部領域１２２内に実質的に固定された位置にあることができる。熱電対ジャンクション１３０は、シース１０２に対して摺動しない又はオフセットにならないで支持部材１０４の凹部領域１２２内に実質的に固定された位置にあるので、熱電対アッセンブリ１００によって提供された温度データは、一貫性がある。さらに、シース１０２に対する熱電対ジャンクション１３０の不慮の摺動又はオフセットを防止することは、熱電対アッセンブリ１００の温度データが反応チャンバ１２内の多くの熱サイクル後に一貫性があるため、熱電対アッセンブリ１００の寿命を増加させる。 As shown in FIGS. 6A-6D, the thermocouple junction 130 is disposed at the base of the recessed region 122 formed in the support member 104. When positioned adjacent to the base of the recessed area 122, the spring 112 does not transmit a compressive force to the thermocouple junction 130 such that the spring 112 biases the support member 104 toward the measurement tip 118 of the thermocouple assembly 100. . In commonly known central thermocouples, the spring biases the junction into contact with the measurement tip to maintain contact between the junction and the measurement tip. However, this spring force applied to the junction compresses the junction against the inner surface of the sheath, typically resulting in junction deformation resulting in thermocouple temperature measurement errors and premature failure. In contrast, the thermocouple junction 130 of the improved thermocouple assembly 100 of the present invention is subject to constant compression between the support member 104 and the sheath 102 by the spring force from the spring 112. So that the thermocouple junction 130 does not slide or become offset with respect to the measurement tip 118, in contact with the sheath 102 at the measurement tip 118 or directly adjacent to the sheath 102. It can be in a substantially fixed position within 122. Because the thermocouple junction 130 is in a substantially fixed position within the recessed region 122 of the support member 104 without sliding or offset with respect to the sheath 102, the temperature data provided by the thermocouple assembly 100 is , Consistent. Further, preventing inadvertent sliding or offset of the thermocouple junction 130 relative to the sheath 102 is because the temperature data of the thermocouple assembly 100 is consistent after many thermal cycles in the reaction chamber 12. Increase the lifespan.

凹部領域１２２は、熱電対アッセンブリ１００の支持部材１０４の遠位端の中に形成された概ねくぼんだ領域である。図６Ａ−６Ｄに示す実施形態では、凹部領域１２２は、支持部材１０４の長手方向軸線を中心に実質的に対称である。凹部領域１２２は、支持部材１０４の長手方向軸線を中心に非対称にすることができることを当業者は理解されるべきである。また、凹部領域１２２の形状は、凹部領域１２２のベースに配置された熱電対ジャンクション１３０を実質的に囲むのに十分な形状にすることができることを当業者は理解されるべきである。凹部領域１２２によって形成されたくぼみは、側壁１３８が完全にジャンクションを囲むように支持部材１０４の遠位端の方に凹部領域１２２のベースから延びる側壁１３８を形成する。さらに、シース１０２の測定チップ１１８に対して実質的に固定された位置に熱電対ジャンクション１３０を維持することに加えて、凹部領域１２２の側壁１３８は、熱要素１６（図１）によって生じた放射熱から熱電対ジャンクション１３０の保護を提供する。従って、熱電対ジャンクション１３０は、直接放射線から遮蔽され、それによって、熱電対ジャンクション１３０及び凹部領域１２２内の第１線１０８、第２線１１０のさらされた部分への損傷を減少する。 The recessed area 122 is a generally recessed area formed in the distal end of the support member 104 of the thermocouple assembly 100. In the embodiment shown in FIGS. 6A-6D, the recessed region 122 is substantially symmetrical about the longitudinal axis of the support member 104. It should be understood by those skilled in the art that the recessed region 122 can be asymmetric about the longitudinal axis of the support member 104. It should also be appreciated by those skilled in the art that the shape of the recessed region 122 can be sufficient to substantially enclose the thermocouple junction 130 disposed at the base of the recessed region 122. The recess formed by the recessed region 122 forms a sidewall 138 that extends from the base of the recessed region 122 toward the distal end of the support member 104 such that the sidewall 138 completely surrounds the junction. Further, in addition to maintaining the thermocouple junction 130 in a substantially fixed position with respect to the measurement tip 118 of the sheath 102, the sidewall 138 of the recessed region 122 is subject to radiation generated by the thermal element 16 (FIG. 1). Provides protection of the thermocouple junction 130 from heat. Thus, the thermocouple junction 130 is shielded from direct radiation, thereby reducing damage to the exposed portions of the thermocouple junction 130 and the first and second lines 108, 110 in the recessed area 122.

図６Ａ−６Ｅに示されるように、シース１０２の測定チップ１１８は、シース１０２の遠位端にある曲がったチップとして形成される。代替的な実施形態では、測定チップ１１８は、シース１０２の側壁１３８に実質的に垂直に形成されることができる。測定チップ１１８の形状は、あらゆる形状にすることができることを当業者は理解されるべきである。凹部領域１２２のベースの実質的に固定された位置に形成されたジャンクション及び測定チップ１１８での支持部材１０４の縁部１２８とシース１０２の内面との間の接触は、熱電対ジャンクション１３０が続いて起こる熱電対１００の製造中測定チップ１１８に対して実質的に同じ位置に配置されるのを許容する。熱電対ジャンクション１３０は、凹部領域１２２内に実質的に固定された位置に維持されるので、熱電対ジャンクション１３０と測定チップ１１８との間の関係は実質的に一定である。製造業の熱電対における重要な変数の一つは、シース１０２の測定チップ１１８に対し実質的に固定された位置に熱電対ジャンクション１３０を一貫して維持する能力である。続いて製造される熱電対の測定チップ１１８に対する熱電対ジャンクション１３０の実質的に一貫性のある位置を提供する能力は、製造中又は反応チャンバインサートの熱サイクル中にジャンクションが摺動し、圧縮された平坦になり、あるいは支持部材の遠位端でオフセットになる一般的に周知の熱電対以上の改善を提供する。 As shown in FIGS. 6A-6E, the measurement tip 118 of the sheath 102 is formed as a bent tip at the distal end of the sheath 102. In an alternative embodiment, the measurement tip 118 can be formed substantially perpendicular to the sidewall 138 of the sheath 102. Those skilled in the art should understand that the shape of the measuring tip 118 can be any shape. Junction formed at a substantially fixed location of the base of the recessed area 122 and contact between the edge 128 of the support member 104 and the inner surface of the sheath 102 at the measurement tip 118 is followed by a thermocouple junction 130. During placement of the thermocouple 100 that occurs, it is allowed to be placed in substantially the same position relative to the measurement tip 118. Since the thermocouple junction 130 is maintained in a substantially fixed position within the recessed region 122, the relationship between the thermocouple junction 130 and the measurement tip 118 is substantially constant. One important variable in the manufacturing thermocouple is the ability to consistently maintain the thermocouple junction 130 in a substantially fixed position relative to the measurement tip 118 of the sheath 102. The ability to provide a substantially consistent position of the thermocouple junction 130 with respect to the subsequently manufactured thermocouple measuring tip 118 is that the junction slides and is compressed during manufacturing or during the thermal cycle of the reaction chamber insert. Provides an improvement over generally known thermocouples that become flat or offset at the distal end of the support member.

本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は限定されず、変形は本発明から逸脱しないでなされることができる。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義され、クレームの意味内に入るすべてのデバイス、プロセス、方法は、文字どおりに又は等価的にそこに包含されることが意図される。 Although preferred embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited and modifications can be made without departing from the invention. The scope of the present invention is defined by the appended claims, and all devices, processes, methods that fall within the meaning of the claims are intended to be included literally or equivalently therein.

Claims

A thermocouple assembly for measuring a temperature in a chemical vapor deposition reactor,
A sheath having a measuring tip disposed at the distal end of the sheath;
A support member wherein at least a portion of the support member is housed within the sheath;
A first line and a second line made of different metals, wherein a part of the first line and the second line is accommodated in the support member, and ends of the first line and the second line are fused together. A first line and a second line forming an electrothermal junction between them; and
A recessed region formed at a distal end of the support member, wherein the distal end of the support member is in contact with the sheath and an electrothermal junction is disposed immediately adjacent to the base of the recessed region , Thermocouple assembly.

The thermocouple assembly of claim 1, wherein
The thermocouple junction is a thermocouple assembly that is placed at a fixed spaced distance from the measurement tip of the sheath.

The thermocouple assembly of claim 2, wherein
A thermocouple assembly in which the fixed spaced distance between the thermocouple junction and the sheath measuring tip is less than 5 mm.

The thermocouple assembly of claim 2, wherein
A thermocouple assembly where the fixed spaced distance between the thermocouple junction and the sheath measurement tip is less than 1 mm.

The thermocouple assembly of claim 1, wherein
The thermocouple junction is a thermocouple assembly that contacts the measuring tip of the sheath.

The thermocouple assembly of claim 1, wherein
A thermocouple assembly in which an edge is formed around the recessed area at the distal end of the support member.

The thermocouple assembly of claim 6, wherein
The thermocouple assembly, wherein the edge is a shelf extending substantially perpendicular to the longitudinal axis of the support member.

The thermocouple assembly of claim 6, wherein
The edge is a thermocouple assembly that contacts the inner surface of the sheath at the measurement tip.

The thermocouple assembly of claim 1, wherein
A thermocouple assembly in which the electrocouple junction is maintained in a substantially fixed position relative to the base of the recessed area.

The thermocouple assembly of claim 1, wherein
A thermocouple assembly further comprising a sidewall formed around the recessed region, wherein the sidewall protects the thermocouple junction.

The thermocouple assembly of claim 1, wherein
The recessed area is a thermocouple assembly that forms a substantially hemispherical depression.

The thermocouple assembly of claim 1, wherein
The recessed area is a thermocouple assembly that forms a substantially cylindrical recess.

The thermocouple assembly of claim 1, wherein
The recessed area is a thermocouple assembly that forms a conical depression with a truncated tip.

The thermocouple assembly of claim 1, wherein
The recessed area is a thermocouple assembly that forms a conical depression.

The thermocouple assembly of claim 1, wherein
The first wire is formed of platinum and the second wire is a thermocouple assembly formed of a platinum alloy having about 13% rhodium.

A thermocouple assembly for measuring a temperature in a chemical vapor deposition reactor,
And an elongate support member configured to receive at least a portion of the first line and the second line therewith, wherein the first line and the second line are formed of different metals;
An elongate sheath having a measurement tip, the elongate sheath configured to receive the support member such that the distal end of the support member contacts the inner surface of the sheath at the measurement tip;
A thermocouple junction formed by fusing the ends of each of the first and second wires;
A thermocouple assembly in a recessed area formed in the distal end of the elongated support member, wherein the electrocouple junction is maintained in a substantially fixed position relative to the measurement tip of the sheath.

A temperature control system for use in a semiconductor processing reactor comprising:
At least one thermal element disposed in the reactor;
A controller operatively connected to the at least one thermal element and configured to control the at least one thermal element;
At least one temperature sensor disposed in the reactor operatively connected to the controller for providing temperature data to the controller, the thermosensor assembly comprising at least one temperature sensor;
The thermocouple assembly is
A sheath having a measuring tip disposed at the distal end of the sheath;
A support member wherein at least a portion of the support member is housed within the sheath;
A first line and a second line made of different metals, wherein a part of the first line and the second line is accommodated in the support member, and ends of the first line and the second line are fused together. A first line and a second line forming an electrothermal junction between them; and
A recessed area formed at the distal end of the support member, where the distal end of the support member is in contact with the measurement tip of the sheath and the electrothermal junction is positioned substantially fixed with respect to the measurement tip of the sheath A temperature control system having a recessed area.

The temperature control system according to claim 17, wherein
The recessed area forms a side wall surrounding the electrothermal junction, thereby protecting the electrothermal junction from radiant energy from at least one thermal element.

The temperature control system according to claim 17, wherein
A temperature control system in which the recessed area is formed as a substantially hemispherical depression at the distal end of the support member.

The temperature control system according to claim 17, wherein
A temperature control system in which the recessed area is formed as a substantially cylindrical recess at the distal end of the support member.

The temperature control system according to claim 17, wherein
A temperature control system in which the recessed area is formed as a plane, the plane being inclined with respect to the longitudinal axis of the support member.

The temperature control system according to claim 17, wherein
Further comprising an edge formed around the recessed area at the distal end of the support member, the edge being in contact with the inner surface of the sheath to provide a spaced distance between the thermocouple junction and the measurement tip system.